英特爾展示下一代晶體管微縮技術(shù)突破 將用于未來(lái)制程節點(diǎn)

2023年12月9日，英特爾在IEDM 2023（2023 IEEE 國際電子器件會(huì )議）上展示了多項技術(shù)突破，為其未來(lái)的制程路線(xiàn)圖提供了豐富的創(chuàng )新技術(shù)儲備，充分說(shuō)明了摩爾定律仍在不斷演進(jìn)。具體而言，英特爾研究人員在大會(huì )上展示了結合背面供電和直接背面觸點(diǎn)（direct backside contacts）的3D堆疊CMOS晶體管，分享了近期背面供電研發(fā)突破的擴展路徑（如背面觸點(diǎn)），并率先在同一塊300毫米晶圓上，而非封裝中，成功實(shí)現了硅晶體管與氮化鎵（GaN）晶體管的大規模單片3D集成。

英特爾公司高級副總裁兼組件研究總經(jīng)理Sanjay Natarajan表示：“我們正在進(jìn)入制程技術(shù)的埃米時(shí)代，展望‘四年五個(gè)制程節點(diǎn)’計劃實(shí)現后的未來(lái)，持續創(chuàng )新比以往任何時(shí)候都更加重要。在IEDM 2023上，英特爾展示了繼續推進(jìn)摩爾定律的研究進(jìn)展，這顯示了

我們有能力面向下一代移動(dòng)計算需求，開(kāi)發(fā)實(shí)現晶體管進(jìn)一步微縮和高能效比供電的前沿技術(shù)。”

晶體管微縮和背面供電是滿(mǎn)足世界對更強大算力指數級增長(cháng)需求的關(guān)鍵。一直以來(lái)，英特爾始終致力于滿(mǎn)足算力需求，表明其技術(shù)創(chuàng )新將繼續推動(dòng)半導體行業(yè)發(fā)展，也仍然是摩爾定律的“基石”。英特爾組件研究團隊不斷拓展工程技術(shù)的邊界，包括晶體管堆疊，背面供電技術(shù)的提升（有助于晶體管的進(jìn)一步微縮和性能提升），以及將不同材料制成的晶體管集成在同一晶圓上。

英特爾近期在制程技術(shù)路線(xiàn)圖上的諸多進(jìn)展，包括PowerVia背面供電技術(shù)、用于先進(jìn)封裝的玻璃基板和Foveros Direct，彰顯了英特爾正在通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新不斷微縮晶體管。這些創(chuàng )新技術(shù)均源自英特爾組件研究團隊，預計將在2030年前投產(chǎn)。

在IEDM 2023上，英特爾組件研究團隊同樣展示了其在技術(shù)創(chuàng )新上的持續投入，以在實(shí)現性能提升的同時(shí)，在硅上集成更多晶體管。研究人員確定了所需的關(guān)鍵研發(fā)領(lǐng)域，旨在通過(guò)高效堆疊晶體管繼續實(shí)現微縮。結合背面供電和背面觸點(diǎn)，這些技術(shù)將意味著(zhù)晶體管架構技術(shù)的重大進(jìn)步。隨著(zhù)背面供電技術(shù)的完善和新型2D通道材料的采用，英特爾正致力于繼續推進(jìn)摩爾定律，在2030年前實(shí)現在單個(gè)封裝內集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管。

英特爾實(shí)現了業(yè)界領(lǐng)先的、突破性的3D堆疊CMOS晶體管，結合了背面供電和背面觸點(diǎn)技術(shù)：

● 英特爾在IEDM 2023上展示了業(yè)界領(lǐng)先的最新晶體管研究成果，能夠以微縮至60納米的柵極間距垂直地堆疊互補場(chǎng)效應晶體管（CFET）。該技術(shù)可通過(guò)晶體管堆疊提升面積效率（area efficiency）和性能優(yōu)勢，還結合了背面供電和直接背面觸點(diǎn)。該技術(shù)彰顯了英特爾在GAA（全環(huán)繞柵極）晶體管領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，展示了英特爾在RibbonFET之外的創(chuàng )新能力，從而能夠領(lǐng)先競爭。

超越其“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”計劃，以背面供電技術(shù)繼續微縮晶體管，英特爾確定了所需的關(guān)鍵研發(fā)領(lǐng)域：

● 英特爾的PowerVia將于2024年生產(chǎn)準備就緒，率先實(shí)現背面供電。英特爾組件研究團隊在IEDM 2023上發(fā)表的研究明確了超越PowerVia，進(jìn)一步拓展背面供電技術(shù)的路徑，及所需的關(guān)鍵工藝進(jìn)展。此外，該研究還強調了對背面觸點(diǎn)和其它新型垂直互聯(lián)技術(shù)的采用，從而以較高的面積效率堆疊器件。

英特爾率先在同一塊300毫米晶圓上成功集成硅晶體管和氮化鎵晶體管，且性能良好：

● 在IEDM 2022上，英特爾聚焦于性能提升，以及為實(shí)現300毫米硅基氮化鎵（GaN-on-silicon）晶圓開(kāi)辟一條可行的路徑。今年，英特爾在硅和氮化鎵的工藝集成方面取得了進(jìn)展，成功實(shí)現了一種高性能、大規模的集成電路供電解決方案，名為“DrGaN”。英特爾的研究人員率先在這一技術(shù)領(lǐng)域實(shí)現了良好的性能，有望讓供電解決方案滿(mǎn)足未來(lái)計算對功率密度和能效的需求。

英特爾推進(jìn)2D晶體管領(lǐng)域的研發(fā)工作，以使其在未來(lái)繼續按照摩爾定律的節奏微縮下去：

● 過(guò)渡金屬二硫屬化物（TMD, Transition metal dichalcogenide）2D通道材料讓晶體管物理柵極長(cháng)度有機會(huì )微縮到10納米以下。在IEDM 2023上，英特爾將展示高遷移率（high-mobility）的過(guò)渡金屬二硫屬化物晶體管原型，用于NMOS（n型金屬氧化物半導體）和PMOS（p型金屬氧化物半導體）這兩大CMOS關(guān)鍵組件。此外，英特爾還將展示其率先實(shí)現的兩項技術(shù)：GAA 2D過(guò)渡金屬二硫屬化物PMOS晶體管和在300毫米晶圓上制造的2D晶體管。